NO130121B

NO130121B -

Info

Publication number: NO130121B
Application number: NO02926/71*[A
Authority: NO
Inventors: V Nikiforov; N Budkevich; S Gefter; S Evdokimov; I Kil; V Ryaboy; A Smorodinov; A Tsyplakov; I Tsybukov
Original assignee: V Ni Pi Alju Magnievoi Elektro
Priority date: 1971-01-27
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1974-07-08
Also published as: EG10469A; DE2139527C3; US3775280A; FR2123247A1; DE2139527A1; NO130121C; DE2139527B2; CA974930A; TR19172A; FR2123247B1; SU327836A1

Description

Anordning ved et system av strømtilforselsskinner i elektrolytiske Device by a system of current supply rails in electrolytic

celler for fremstilling av aluminium. cells for the production of aluminium.

Oppfinnelsen vedrører en anordning ved et system av strøm-tilførselsskinner i elektrolytiske celler for fremstilling av alumi- The invention relates to a device for a system of current supply rails in electrolytic cells for the production of aluminum

nium, for kompensering av de magnetiske krefter som påvirker de cel- nium, for compensation of the magnetic forces that affect the cel-

ler som er plasert ved begynnelsen og ved enden av hver cellerekke, cells that are placed at the beginning and at the end of each cell row,

hvilket system omfatter katodeskinner som er anordnet til venstre og til høyre for lengdeaksen i de elektrolytiske celler langs strømret- which system comprises cathode rails which are arranged to the left and to the right of the longitudinal axis of the electrolytic cells along the direction of current

ningen. nothing.

Det er kjent systemer av strømtilførselsskinner i elek- There are known systems of power supply rails in electric

trolytiske celler for fremstilling av aluminium som omfatter katode- trolytic cells for the production of aluminum comprising cathode-

skinner som er anordnet på venstre side og på høyre side av lengde- rails which are arranged on the left side and on the right side of the longitudinal

aksen til cellerekken, sett i strømretningen. Ved drift av elektro- the axis of the cell row, viewed in the direction of current. When operating the electro-

lytiske celler som er utstyrt med slike systemer av strømtilførsels-skinner oppstår det sterke elektromagnetiske felt på grunn av store strømmer som går gjennom cellene, og disse'krefter innvirker vesentlig på elektrolysen av aluminium og på elektrolyseutbyttet. lytic cells which are equipped with such systems of power supply rails, strong electromagnetic fields arise due to large currents passing through the cells, and these forces have a significant effect on the electrolysis of aluminum and on the electrolysis yield.

Med økede strømstyrker med hvilke aluminiumceller' arbeider, øker følgelig den ugunstige virkning av magnetfeltet på elektrolysen av aluminium. Vekselvirkningen mellom det ytre magnetfelt og strømmene som går gjennom det smeltede, metall tilveiebringer sterke elektromagnetiske krefter i det 'smeltede metall. Disse krefter bevirker en ujevn overflate for det flytende katodemetall og kraftig omvelting' av samme. With increased currents with which aluminum cells work, the unfavorable effect of the magnetic field on the electrolysis of aluminum consequently increases. The interaction between the external magnetic field and the currents passing through the molten metal produces strong electromagnetic forces in the molten metal. These forces cause an uneven surface for the liquid cathode metal and strong overturning of the same.

De store ujevnheter i metalloverflaten gjør at de elektrolytiske celler må' arbeide med en elektrodéavstand som er vesentlig større enn den optimale. Dette fører til en økning av oppvarmings-spenningen, overforbruk av elektrisk kraft og en overhetet smelte-masse, noe som virker ugunstig på strømutbyttet. The large unevenness in the metal surface means that the electrolytic cells must work with an electrode distance that is significantly greater than the optimal one. This leads to an increase in the heating voltage, overconsumption of electrical power and an overheated molten mass, which has an unfavorable effect on the current yield.

Som et resultat av kraftig omvelting blir metallet lett ført inn i\anodesonen, hvor det blir oksydert' av anodegasser. En rekke iakttagelser har gjort det klart at de soner av elektrolyseba-det hvor magnetfeltets styrke og intensiteten til. de sirkulerende strømninger når sine maksimale verdier ligger ved sideveggene til den elektrolytiske celle, slik at disse vegger som oftest ødelegges av. det smeltede metall. As a result of vigorous agitation, the metal is easily carried into the anode zone, where it is oxidized by anode gases. A number of observations have made it clear that they are zones of the electrolysis bath where the strength and intensity of the magnetic field. the circulating currents reach their maximum values at the side walls of the electrolytic cell, so that these walls are most often destroyed by. the molten metal.

Under den kombinerte innvirkning av gasstrømninger og elektromagnetiske krefter, oppstår det bølger på overflaten til det smeltede aluminium, noe som kan resultere i lokale kortslutninger som også vesentlig reduserer strømutbyttet.... Under the combined influence of gas flows and electromagnetic forces, waves appear on the surface of the molten aluminum, which can result in local short circuits that also significantly reduce the current yield....

Utnyttelsen av elektrolytiske celler med høy effekt kan være økonomisk berettiget bare med effektive tiltak for å motvirke den skadelige virkningen av det magnetiske felt. The use of electrolytic cells with high power can be economically justified only with effective measures to counteract the harmful effect of the magnetic field.

• Undersøkelser av de magnetiske felt som er utført i løpet av de siste årene både på forsøksceller og på industrielle elektrolytiske celler som benytter høye strømstyrker.har gjort det mulig å sette opp kravene som må stilles til systemet av strømtilførselsskin-ner i elektrolytiske celler for fremstilling av aluminium, hvilke "krav kan uttrykkes med følgende•formel: • Investigations of the magnetic fields that have been carried out during the last few years both on experimental cells and on industrial electrolytic cells that use high currents have made it possible to set up the requirements that must be set for the system of power supply rails in electrolytic cells for production of aluminium, which "requirements can be expressed with the following formula:

hvor: where:

By står for magnetfeltets tverrkomponent, By stands for the transverse component of the magnetic field,

Bx står for magnetfeltets longitudinale komponent, Bx stands for the longitudinal component of the magnetic field,

Bz står for magnetfeltets vertikale komponent.. Bz stands for the vertical component of the magnetic field.

De ovenfor nevnte krav innebærer med andre ord en symmetri i det transversale magnetfelt, uforanderlighet for størrelsene By og Bx langs aksene til de elektrolytiske celler og meget små absolutt-verdier for Bz i hjørnene til den elektrolytiske celle, samt symmetri i det vertikale magnetfelt med hensyn til aksene i den elektrolytiske celle. In other words, the above-mentioned requirements imply symmetry in the transverse magnetic field, invariance for the sizes By and Bx along the axes of the electrolytic cells and very small absolute values for Bz in the corners of the electrolytic cell, as well as symmetry in the vertical magnetic field with respect to the axes of the electrolytic cell.

Det er således kjent mange forskjellige strømskinnesyste-mer ved hvilke man har forsøkt å ta hensyn til disse forhold og kom-pensere de magnetiske krefter. Således er det f. eks. fra norsk patent nr. 83.883 kjent et system hvor hver strømskinne i elektrotek-nisk henseende er delt i to deler med separat strømtilførsel, hvorved en jevn strømfordeling i anoden oppnås. I norsk patent nr. 94.747 er det angitt en fremgangsmåte som gjør det mulig å anordne de utvendige ledere for cellen på en slik måte at virkningen av magnetfeltet blir null eller i det minste meget svak ikke bare i midt-punktet men i hele karet for elektrolysecellen. Det er i dette patent også i enkelte ut førelsesformer tatt hensyn til innflytelsen fra rekken eller rekker av naboceller. Fra tysk patent nr. 1.010.744 er det kjent en strømtilførselsanordning hvor den til anodesamle-lederne førende strøm deles symmetrisk i to halvdeler, hvorved den første halvdel føres opp mellom cellene og den andre halvdel ved midten av cellens lengdeside. Many different busbar systems are thus known in which attempts have been made to take these conditions into account and compensate for the magnetic forces. Thus, it is e.g. from Norwegian patent no. 83,883 known a system where each power rail is, in electrotechnical terms, divided into two parts with a separate current supply, whereby an even current distribution in the anode is achieved. In Norwegian patent no. 94,747, a method is specified which makes it possible to arrange the external conductors for the cell in such a way that the effect of the magnetic field becomes zero or at least very weak not only in the middle point but in the entire vessel for the electrolysis cell . In this patent, in certain embodiments, the influence of the row or rows of neighboring cells has also been taken into account. From German patent no. 1,010,744, a current supply device is known where the current leading to the anode collector conductors is divided symmetrically into two halves, whereby the first half is fed up between the cells and the second half at the middle of the cell's longitudinal side.

Videre er det kjent tosidige asymmetriske systemer av strømtilførselsskinner i elektrolytiske celler for fremstilling av aluminium, som f. eks. vist i fransk patent nr. 1.586.867 og tysk patent nr. 1.758.664, ved hvilke det tas hensyn til såvel påvirkningen som utøvelsen av de strømledende elementer fra den foranstående og den etterfølgende elektrolytiske celle i den samme rekke, som til påvirkning fra de elektrolytiske celler i naborekken.. "En slik anordning er også vist i norsk patent nr. 122.680 hvor man har en strøm-tilførsel til begge ender av cellen og i tillegg at en mindre del av strømtilførselen dessuten er lagt langs den side av cellerekken som vender mot en naborekke. Furthermore, two-sided asymmetric systems of power supply rails in electrolytic cells for the production of aluminum are known, such as e.g. shown in French patent no. 1,586,867 and German patent no. 1,758,664, in which account is taken of both the influence and the performance of the current-conducting elements from the preceding and the following electrolytic cell in the same row, as well as the influence from the electrolytic cells in the neighboring row.. "Such a device is also shown in Norwegian patent no. 122,680 where there is a current supply to both ends of the cell and in addition, a smaller part of the current supply is also laid along the side of the cell row that faces against a neighboring row.

Ved ingen av disse kjente systemer er det imidlertid tatt hensyn til den første og den siste elektrolytiske celle i hver rekke. Disse celler arbeider under andre forhold enn de elektrolytiske celler som ligger inne i rekken og hvor det på hver side er anordnet en ytterligere elektrolytisk celle. In none of these known systems, however, has account been taken of the first and last electrolytic cell in each row. These cells work under different conditions than the electrolytic cells which lie inside the row and where a further electrolytic cell is arranged on each side.

De spesielle forhold for den første'og den siste elektrolytiske celle i hver rekke fremkommer altså på grunn av at de bare ligger ved siden av en elektrolytisk celle. Dessuten er det magnetfelt som etableres av strømmene som går langs den paralleltliggende rekke av elektrolytiske celler (med en' oppstilling av en dobbeltrekke med elektrolytiske celler i et produksjonsanlegg), i dette tilfelle noe lavere. The special conditions for the first and the last electrolytic cell in each row thus arise due to the fact that they are only adjacent to an electrolytic cell. In addition, the magnetic field established by the currents that run along the parallel row of electrolytic cells (with an arrangement of a double row of electrolytic cells in a production plant) is somewhat lower in this case.

Av denne grunn blir magnetfeltet som virker i det flytende metall "i de elektrolytiske celler som er plasert ved begynnelsen og ved enden av hver rekke og særlig den vertikale komponent av feltet usymmetrisk<1>når de kjente systemer av strømtilførselsskinner blir be-nyttet uteri at det blir foretatt noen spesielle forholdsregler, og dette usymmetriske magnetfelt virker uheldig på .eléktrolyseprosessen i disse celler. ' . For this reason, the magnetic field acting in the liquid metal "in the electrolytic cells placed at the beginning and at the end of each row and in particular the vertical component of the field becomes unsymmetrical<1> when the known systems of current supply rails are used and that some special precautions are taken, and this asymmetric magnetic field has an adverse effect on the electrolysis process in these cells.

Den' oppgave som ligger til grunn for foreliggende oppfinnelse er således å eliminere de ovennevnte ulemper ved den manglende kompensasjon av dé magnetiske krefter som virker inn på den første og den siste celle i hver rekke av elektrolytiske celler. The task which forms the basis of the present invention is thus to eliminate the above-mentioned disadvantages of the lack of compensation of the magnetic forces acting on the first and last cell in each row of electrolytic cells.

'Hensikten med foreliggende oppfinnelse er således å til-veiebringe en anordning ved et system av strømtilførselsskinner i elektrolytiske celler for fremstilling av aluminium, at det oppnås en kompensering av de" magnetiske krefter som påvirker de celler som er plasert ved begynnelsen og ved enden i lengderetning av cellerekken, ved hvilket system katodeskinnene er slik'anordnet i forhold til den langsgående akse i den elektrolytiske celle at mån oppnår symmetri av magnetfeltet og derved en høyere ytelse for hele anlegget på grunn av en bedre'virkning i disse celler. The purpose of the present invention is thus to provide a device for a system of current supply rails in electrolytic cells for the production of aluminium, that a compensation is achieved for the magnetic forces which affect the cells which are placed at the beginning and at the end in the longitudinal direction of the cell row, in which system the cathode rails are arranged in such a way in relation to the longitudinal axis of the electrolytic cell that symmetry of the magnetic field is achieved and thereby a higher performance for the entire plant due to a better effect in these cells.

Denne hensikt'oppnås ved en anordning som er kjennetegnet ved det som frémgår av kravene. This purpose is achieved by a device which is characterized by what is apparent from the requirements.

Ved anordningen av katodeskinnene i samsvar med oppfinnelsen' i begynnelsen og ved slutten av hver rekke motvirker det magnetfelt som dannes av de strømmer som går gjennom disse skinner på en effektiv måte'asymmetrien til den vertikale komponent Bz i det'smeltede metall i den elektrolytiske celle som disse katodeskinner tilhører. Reguleringen av magnetfeltet i den første og'den siste celle i rekken som fremkommer ved den spesielle føring av strømskinnene tilskrives også samvirket med de respektive stigeledninger ved disse steder, hvor det gjennom den horisontale del av stigeledningene går strømmer med forskjellig styrke. By arranging the cathode rails in accordance with the invention at the beginning and at the end of each row, the magnetic field generated by the currents passing through these rails effectively counteracts the asymmetry of the vertical component Bz of the molten metal in the electrolytic cell to which these cathode rails belong. The regulation of the magnetic field in the first and the last cell in the row, which results from the special routing of the current rails, is also attributed to the interaction with the respective risers at these locations, where currents of different strength flow through the horizontal part of the risers.

Ved å plasere de venstre og de høyre katodeskinner i de elektrolytiske celler ved begynnelsen og enden av hver rekke i samme nivå, blir det mulig å benytte konstruksjonsmessig enklere støtte-innretninger for å holde skinnene på plass, og ved anbringelsen i bestemt høyde kan det oppnås optimal fordeling av den vertikale komponent av magnetfeltet over det smeltede metall i de elektrolytiske celler som er plasert ytterst i rekken. By placing the left and right cathode rails in the electrolytic cells at the beginning and end of each row at the same level, it becomes possible to use structurally simpler support devices to hold the rails in place, and by placing them at a certain height, it is possible to achieve optimal distribution of the vertical component of the magnetic field over the molten metal in the electrolytic cells placed at the end of the row.

Oppfinnelsen er i det følgende nærmere beskrevet ved hjelp av et eksempel på en utførelse av et system av strømtilførselsskin-ner i elektrolytiske celler som er fremstilt på tegningen, som skje-matisk viser anordningen ved systemet av strømtilførselsskinner i' elektrolytiske celler i samsvar med oppfinnelsen. The invention is described in more detail in the following by means of an example of an embodiment of a system of power supply rails in electrolytic cells which is shown in the drawing, which schematically shows the arrangement of the system of power supply rails in electrolytic cells in accordance with the invention.

Tegningen viser et system av strømtilførselsskinner i elektrolytiske celler 1 og 2 for fremstilling av aluminium, hvorved det spesielt er vist plaseringen ved begynnelsen og ved enden av to rekker. De elektrolytiske celler er anordnet på langs i rekken, og systemet omfatter katodeskinner 3, 4 og 5, 6 som er anordnet henholds-vis på venstre og høyre side i forhold til den langsgående akse for de elektrolytiske celler langs strømretningen. I samsvar med oppfinnelsen er de venstre katodeskinner 3 og de høyre katodeskinner 4 for den elektrolytiske celle 2 som er plasert ved enden av rekken ved strømutgangen ført langs den elektrolytiske celles tversgående vegg inn mot cellens lengdeakse og videre parallelt med aksen, mens de venstre skinner 5 ved strøminnføringen til den elektrolytiske celle 1 som er plasert ved begynnelsen av hver rekke, er anordnet symmetrisk med de venstre skinner 3 ved strømutløpet fra den elektrolytiske celle 2 ved enden av rekken. The drawing shows a system of current supply rails in electrolytic cells 1 and 2 for the production of aluminium, whereby the location at the beginning and at the end of two rows is particularly shown. The electrolytic cells are arranged lengthwise in the row, and the system comprises cathode rails 3, 4 and 5, 6 which are arranged respectively on the left and right side in relation to the longitudinal axis of the electrolytic cells along the direction of current. In accordance with the invention, the left cathode rails 3 and the right cathode rails 4 for the electrolytic cell 2 which are placed at the end of the row at the current outlet are led along the transverse wall of the electrolytic cell towards the longitudinal axis of the cell and further parallel to the axis, while the left rails 5 at the current input to the electrolytic cell 1 which is placed at the beginning of each row, is arranged symmetrically with the left rails 3 at the current outlet from the electrolytic cell 2 at the end of the row.

I en av utførelsene av systemet av strømtilførselsskinner kan de venstre skinner 3 og de høyre skinner 4 i den elektrolytiske celle 2 som er plasert ved enden av rekken ved strømutføringen og de venstre skinner 5 og de høyre skinner 6 ved strøminntaket til den elektrolytiske celle 1 ved begynnelsen av rekken være anordnet på samme høyde eller nivå. In one of the embodiments of the system of current supply rails, the left rails 3 and the right rails 4 in the electrolytic cell 2 which are placed at the end of the row at the current outlet and the left rails 5 and the right rails 6 at the current inlet of the electrolytic cell 1 at the beginning of the row must be arranged at the same height or level.

Strømtilførselen til de elektrolytiske celler for fremstilling av aluminium hvor det benyttes systemet av skinner ifølge foreliggende oppfinnelse utføres på følgende måte: The power supply to the electrolytic cells for the production of aluminum where the system of rails according to the present invention is used is carried out in the following way:

I et produksjonsrom er de elektrolytiske celler anordnet The electrolytic cells are arranged in a production room

i to rekker hvor cellene er anordnet på. langs i rekken. Systemet av strømtilførselsskinner for de elektrolytiske celler 1' og 2' som ér plasert ytterst i den første rekken svarer til systemet for de elektrolytiske celler 1 og 2 som er plasert ytterst i den andre rekken. in two rows where the cells are arranged. along the line. The system of power supply rails for the electrolytic cells 1' and 2' which are placed at the end of the first row corresponds to the system for the electrolytic cells 1 and 2 which are placed at the end of the second row.

I det følgende vises det derfor bare til de elektrolytiske celler 1 og 2. In the following, reference is therefore only made to the electrolytic cells 1 and 2.

Strømretningen i katodeskinnene i de elektrolytiske celler er angitt med piler. The direction of current in the cathode rails in the electrolytic cells is indicated by arrows.

Strømmen føres fra katoden i den elektrolytiske celle 2 ved hjelp av de venstre katodeskinner 3 og de høyre katodeskinner 4, mens strømmen føres til anoden i den elektrolytiske celle 1 over skinnene 5 og 6. The current is led from the cathode in the electrolytic cell 2 using the left cathode rails 3 and the right cathode rails 4, while the current is led to the anode in the electrolytic cell 1 via rails 5 and 6.

Skinnene 3 og 4 har deler som er anordnet ved enden av den elektrolytiske celle 2 ved strørnutgangen fra denne, og som er ført langs cellens tversgående vegg, mens det ved den første elektrolytiske celle i ved strøminntaket bare er skinnene 5 som har en slik del. The rails 3 and 4 have parts which are arranged at the end of the electrolytic cell 2 at the current outlet from this, and which are guided along the transverse wall of the cell, while in the case of the first electrolytic cell at the current intake, only the rails 5 have such a part.

Som et resultat av denne anordning av katodeskinnene 3, 4 og 5 ved.begynnelsen og ved enden av rekken motvirker det magnetfelt som frembringes av strømmene som føres gjennom skinnene asymmetrien til den vertikale komponent Bz i det smeltede metall i den elektrolytiske celle som skinnene tilhører. As a result of this arrangement of the cathode rails 3, 4 and 5 at the beginning and at the end of the row, the magnetic field produced by the currents carried through the rails counteracts the asymmetry of the vertical component Bz in the molten metal of the electrolytic cell to which the rails belong.

Reguleringen av magnetfeltet til den elektrolytiske cell^ 1 som er plasert ved begynnelsen av rekken på grunn av den nye pla-sering av strømskinnene 5 og reguleringen av det magnetiske felt ved den elektrolytiske celle 2 som er plasert ved enden av rekken på grunn av den nye anordning av skinnene 3 og 4, antas' å skyldes det faktum at den elektrolytiske celle 1 ved strøminntaket og den elektrolytiske celle 2 ved strømutføringen er utstyrt med stigeledninger 9, 10 og 7, 8, hvor det gjennom deres horisontale del går strømmer med forskjellig styrke, såvel som at det skyldes anbringelsen av en ledningsskinne 11 som går fra en rekke med elektrolytiske celler til den neste. The regulation of the magnetic field of the electrolytic cell 1 placed at the beginning of the row due to the new position of the current rails 5 and the regulation of the magnetic field of the electrolytic cell 2 placed at the end of the row due to the new arrangement of the rails 3 and 4, is believed to be due to the fact that the electrolytic cell 1 at the current intake and the electrolytic cell 2 at the current output are equipped with risers 9, 10 and 7, 8, where currents of different strength pass through their horizontal part , as well as that it is due to the placement of a conductor rail 11 that runs from one row of electrolytic cells to the next.

• Strømstyrken i prosent av den totale strømstyrke som går gjennom stigeledningene kan ligge innenfor de følgende grenser: • The amperage as a percentage of the total amperage passing through the riser cables can lie within the following limits:

Ved å variere såvel plaseringen av katodeskinnene 3, 4 dg 5 som går langs de tversgående vegger i de elektrolytiske celler, By varying both the position of the cathode rails 3, 4 and 5 which run along the transverse walls of the electrolytic cells,

med hensyn til høyde og avstand fra veggen, kan man oppnå en optimal fordeling av den vertikale komponent til magnetfeltet over det smeltede metall i de elektrolytiske celler som er plasert ytterst i rekken. with regard to height and distance from the wall, an optimal distribution of the vertical component of the magnetic field over the molten metal in the electrolytic cells placed at the outer end of the row can be achieved.

Claims

1. Arrangement by a system of current supply rails in electrolytic cells for the production of aluminum for compensating the magnetic forces affecting the cells placed at the beginning and at the end of a row of cells, which system includes cathode rails arranged to the left and to the right for the longitudinal axis in the electrolytic cells along the current direction, characterized in that the left cathode rails (3) and the right cathode rails (4) in the electrolytic cell (2) which are placed at the end of the row at the current outlet, are led along the transverse wall in the electrolytic cell (2) in the direction towards the longitudinal axis of the cell and further along this axis, while the left cathode rails (5) at the current input to the electrolytic cell (1), which are placed at the beginning of each row, are arranged symmetrically to the left cathode rails (3) at the current output from the electrolytic cell (2) which is placed at the end of the row.

2. Device with a system of power supply rails according to claim 1, characterized in that the left cathode rails (3) and the right cathode rails (4) in the electrolytic cell (2) at the end of the row at the current outlet and the left cathode rails (5) and the right cathode rails (6) at the current input to the electrolytic cell (1) which is placed at the beginning of the row, are placed at the same level.